CN110295065A - 一种集成化下吸式生物质气化发电系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种集成化下吸式生物质气化发电系统，属于生物质气化发电技术领域，具体说是一种集成化下吸式生物质气化发电系统及方法，其系统包括：料斗、反应器、渣桶、旋风除尘器、空气预热器、活性炭吸附器、燃气风机、火炬、空气风机、燃气发电机组、管路、爬梯、底座，其特点是：料斗、空气预热器、旋风除尘器、渣桶以及反应器耦合为一个紧凑的整体，极大地提高了整个系统的热效率，该系统适用于将秸秆颗粒、木片、粉碎的椰壳等含碳的生物质材料气化产生可燃气体，并将可燃气体送入燃气发动机燃烧推动发动机，带动发电机产生电能。该系统结构紧凑、通用性强、能量利用率高；可靠、便捷、易操作。

Description

一种集成化下吸式生物质气化发电系统及方法
技术领域
本发明属于生物质气化发电技术领域，具体说是一种集成化下吸式生物质气化发电系统及方法。
背景技术
生物质是仅次于煤炭、石油、天然气的第四大能源资源，是一种环保的可再生资源，在世界能源消费总量中占14%。为了充分开发生物质能，改善我国的能源结构，2006年国家出台实施《可再生能源法》，鼓励和支持可再生能源的开发利用，并为可再生能源开发利用项目提供一系裂财政贴息、税收优惠政策。
江苏省是我国生物质发电厂建设最多的省份。据调查，从2006年国家出台施行《可再生能源法》至今，江苏省共核准生物质发电项目28个，其中已建成投运13个，装机容量315兆瓦，按设计可消耗农村废弃物244万吨；在建4个，装机容量96兆瓦，投运后可消耗农村废弃物60万吨。已建成投运的13家生物质发电厂，家家亏损。曾号称装机容量“世界第三、中国第一”的兴化中科生物质发电厂，运行不到一年就因巨亏而停产。
江苏省绝大部分生物质发电项目集中在苏中苏北秸秆资源比较集中的地区。但是秸秆收集难，成了生物质电厂的一大瓶颈。农业部门对秸秆收储有补贴政策，但门槛高，要求收储点必须达到6万吨才享受补贴，事实上很少有企业能达到这样的标准。秸秆收集难，直接影响了发电成本。
目前生物质气化发电市场存在四个痛点：
1.生物质直燃发电和大型的生物质气化发电都受制于原料的储运成本而难于盈利。所以生物质发电行业的发展应向小型化分布式发电方向发展。
2.目前市场上的小型化生物质气化发电系统热效率较低，能源利用率只有20%—30%。而且系统复杂，占地面积过大，投资成本较高。
3.目前市场上现有的小型化生物质气化发电系统中反应器的效果较差，产生的可燃气焦油含量较高。需要后续设置喷淋器、电捕焦器等过滤设备进行净化，系统过于庞大复杂。
4.目前市场上现有的小型化生物质气化发电系统会产生大量含焦油的污水，造成二次污染。
所以着眼于目前市场痛点，发明了集成化生物质气化发电系统及方法，用于建设分布式生物质发电站，实现因地制宜就地就近解决秸秆的能源化处置。
发明内容
本发明为解决现有技术存在的上述问题和不足，提供一种集成化生物质气化发电系统及方法。该系统采用集约化设计，其结构合理、紧凑；该系统安全、可靠、便捷、易操作；通用性强、能效高 ；低碳、环保，不产生二次污染。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种集成化下吸式生物质气化发电系统，包括集成为一个整体的料斗、反应器、除尘装置、空气预热器、活性炭吸附器、燃气风机、火炬、空气风机燃气发电机组和底座，所述料斗包括干燥室和输送装置，所述干燥室的器壁由两层壳体构成，在两层壳体之间构成一个夹套腔体，所述输送装置将干燥室内的物料输送至反应器，所述反应器的燃气出口与除尘装置的燃气入口连接，所述除尘装置的燃气出口与料斗的干燥室燃气入口连接，所述空气预热器的燃气入口与干燥室的燃气出口连接，空气预热器的燃气出口与活性炭吸附器的燃气入口连接，空气预热器的空气出口与反应器的空气入口连接，所述活性炭吸附器的燃气出口连接燃气风机的进口，所述燃气风机的出口连接燃气发电机组和火炬，所述空气风机出口连接火炬，上述设备集成到底座上。
作为优选，反应器包括裂解室、燃烧室、还原室、渣筐、刮渣器、振动器、螺旋除渣器、空气盘管、多个焦油气燃烧喷嘴和保温壳体，所述裂解室、燃烧室、还原室为由上往下依次连接，裂解室的入口连连接干燥室的出口，裂解室的出口连接燃烧室的入口，燃烧室的出口连接还原室的入口，还原室的出口插入到渣筐中，渣筐与从侧面插入的振动器耦合在一起，刮渣器位于渣筐的下方与渣筐相连，并与从侧面插入的螺旋除渣器耦合在一起，述螺旋除渣器与刮渣器耦合在一起，除渣器的转动为刮渣器提供动力，所述反应器保温壳体与反应器燃烧室之间的腔室里设有空气盘管，空气盘管一端与空气预热器的空气出口连接，空气盘管另一端与焦油燃烧喷嘴相连接。
作为优选，所述干燥室夹腔壳体的内壁上开有多个小孔与干燥室相通。
作为优选，沿着生物质颗粒的运动方向，所述小孔的孔径和/或数量逐渐增加。
作为优选，沿着生物质颗粒的运动方向，所述小孔的孔径和/或数量逐渐增加的幅度不断增加。
作为优选，所述裂解室的器壁由两层壳体构成，在两层壳体之间形成一个夹套腔体，裂解室夹套腔体与发电机组的排烟口通过管路相连接。
作为优选，燃烧室为双锥体结构，渣筐上沿高于还原室的出口。
作为优选，所述焦油气燃烧喷嘴出口方向沿燃烧室的切线方向，所述焦油气燃烧喷嘴为奇数个，并且逆时针等距排裂在燃烧室上。
作为优选，当反应器压力超出设定范围时振动器自动启动，振动器推动渣筐摆动，使得渣筐中的细颗粒向下移动排出，从而使反应器压力恢复到设定范围内。
一种集成化下吸式生物质气化发电系统的生物质气化发电方法，其特征在于包括如下主要流程：
（1）秸秆颗粒、木片、粉碎的椰壳等生物质颗粒由人工或输送机械投入料斗，在干燥室内生物质颗粒与来自旋风除尘器的可燃气体直接接触，生物质颗粒被加热去除部分水分，生物质颗粒由干燥室内的螺旋输送器送入反应器；
（2）反应器接收来自料斗干燥室的生物质颗粒。生物质颗粒在反应器中流经裂解室、燃烧室、还原室，依次发生裂解反应、氧化反应、还原反应，最后反应完成的炭颗粒进入还原室下方的渣筐中，渣筐中的炭颗粒在振动器的作用下，通过渣筐底板及侧壁上的孔及顶部敞口排出，排出的炭颗粒由渣筐下方的刮渣器收集后，通过螺旋除渣器送到与反应器相连接的渣桶中，渣桶3中的颗粒要定期进行清理；
（3）生物质颗粒在反应器的裂解室的无氧气氛下被加热到350—400℃发生裂解反应，产生炭颗粒及焦油气，大部分焦油气在焦油燃烧喷嘴的抽力作用下进入喷嘴与喷嘴中的空气混合燃烧，使得燃烧室温度达到900—1000℃；炭颗粒在重力作用下进入燃烧室，炭颗粒及焦油气在燃烧室的高温作用下继续发生分解产生小分子可燃气；还原室中的温度控制在800—900℃，由燃烧室19产生的CO2和H2O与残留的炭发生还原反应产生CO、H2及CH4等可燃气；反应完成的高温可燃气由渣筐顶部敞口逸出；
（4）高温的可燃气由反应器燃气出口进入旋风除尘器，并沿切线方向在旋风分离器内由上往下内发生高速的涡流旋转运动；在离心力的作用下可燃气中超过50%大于3μm的粉尘被分离出去；分离出的粉尘在重力作用下向下进入旋风分离器底部的灰桶；洁净的气体向上运动出旋风分离器；灰桶2需要定期清理；
（5）由旋风除尘器4流出的可燃气进入干燥室的夹套腔体中，通过夹套腔体内层壳体上的均匀布置的小孔进入干燥室；可燃气在干燥室内与生物质颗粒直接接触，可燃气在干燥室内约停留1—2S，可燃气与生物质颗粒发生热交换，生物质颗粒被加热至100—150℃，可燃气被冷却至200—250℃，可燃气在生物质颗粒间隙之间流动过程中，约30%大于3μm的粉尘被拦截下来，过滤过的可燃气由料斗下方的燃气出口流出，该流程中燃气中的废热被回收，提高了整个系统的热效率，同时被拦截下来的焦油及粉尘随生物质颗粒重新进入反应器参与反应，提高了燃料的利用率；
（6）由料斗流出的可燃气通过管路进入空气预热器，可燃气由空气预热器的顶部燃气入口进入上管箱，在上管箱中燃气平均分配到多根换热管中，沿换热管向下流动进入下管箱，在这个过程中与由空气预热器壳体下部空气入口进入的空气间接进行热交换，可燃气被冷却至80—100℃，可燃气中水分和少量的焦油气被冷凝成液体留在下管箱30中，可燃气由下管箱30上部的燃气出口流出，通过管路进入活性炭吸附器6，空气被加热到60—80℃，由空气预热器壳体上部的空气出口流出进入反应器；
（7）可燃气由活性炭吸附器上部的燃气入口沿切线方向进入，在活性炭吸附器6的两层壳体之间的密封腔体内向下做高速旋转运动，约10%大于3μm的粉尘及部分液滴在离心力的作用下被分离出来，可燃气通过活性炭吸附器6内筒底板的小孔进入放置在内筒中的活性炭间隙中，90%小于3μm的粉尘及微量的液滴被活性炭吸附，剩余的杂质被设置于活性炭层上部的过滤海绵吸附，经过多层过滤后，可燃气中的杂质含量降到10mg/Nm3。洁净的可燃气从活性炭吸附器顶部的燃气出口由管路通过燃气风机送入燃气发电机组产生电能；该流程中活性炭吸附器6活性炭填料来自流程（2）的炭颗粒。使用过的活性炭填料按一定比例添加到生物质原料中去，重新进入反应器2参与反应；
（8）在系统启动初期，因为反应器的温度不够高，产生的可燃气品质比较低，燃气风机会把低品质的可燃气送入火炬8点燃，当反应器温度超过600℃时，才可将可燃气送入燃气发电机组10，当燃气发电机组发生短暂的故障时，燃气风机也会把产生的可燃气送入火炬点燃排空，这两种情况空气风机都会启动为火炬助燃以使产生的燃气充分燃烧；
（9）燃气发电机组排烟温度500—550℃。烟气通过管路进入反应器裂解室的夹套腔体内，与裂解室内的生物质颗粒进行间接换热，将流程（4）裂解室内的生物质颗粒被加热到350—400℃；
（10）流程（2）产生的炭颗粒经筛分后填充到活性炭吸附器中作为吸附用填料；
上述流程（3）中，燃烧室、还原室为微负压状态，压力控制在-5—-0.5KPa，温度控制在800—900℃，可燃气从渣筐顶部敞口溢出时的温度为700—800℃。可燃气从渣筐顶部逸出后在反应器壳体与反应器燃烧室之间的腔室里流动。该腔室内设有螺旋结构的空气盘管，在该空气盘管的作用下可燃气做湍流流动，加强了可燃气与空气盘管中空气的热交换。可燃气做湍流流动也加强了其夹带粉尘的沉降。空气盘管中的空气来自于流程（6）中的空气预热器，其经过可燃气加热温度达到500—600℃，高温可燃气到达燃气出口时被冷却到300—400℃，裂解室中的产生的焦油气与空气在焦油气燃烧喷嘴中混合后一起喷出并燃烧，混合气体的喷出速度为25—50m/S，焦油气燃烧喷嘴出口方向沿燃烧室的切线方向，高速的混合气流在燃烧室内形成漩涡流动，加强了燃烧的燃烧强度，使得燃烧室19的温度高达1000℃。
本发明与现有技术相比具有如下优点和积极效果：
（1）本发明与现有技术相比通过系统的集成设计，系统设计紧凑，所占空间小，集成于底座上便于移动和运输，能够更好的适应各种生产环境，经济性高，同时通过对管路中燃气的运行路线进行设计，让除尘装置中的燃气通过干燥室，对干燥室内的生物质进颗粒进行干燥，降低生物质中的水分含量，同时提高生物质的温度，让生物质在反应器内更加高效的气化，产生更加环保的燃气，提高了整个系统的运行效率。
（2）本发明通过干燥室小孔的设计，对燃气进行过滤，反应器中文丘里效应设计的燃烧喷嘴的设置，将裂解室产生的焦油气快速的抽到燃烧室燃烧分解，避免了碳颗粒直接燃烧，极大的提高了可燃气的品质。而现有的下吸式气化反应器焦油气是随炭颗粒一起进入燃烧室，参与燃烧反应的多为炭颗粒，所以反应器产生可燃气中的焦油含量会较高，使得后续产生的烟气排放污染大。
（3）现有技术的热效率只有20%-30%，本发明通过干燥室、裂解室、焦油燃烧喷嘴、渣筐、刮渣器、除渣器、空气预热器等的特殊结构设计极大的提高了整个系统的热效率，使得整个系统的热效率达到70%。
（4）现有下吸式气化反应器流场及温度场不均匀，反应温度低，易出现“冷点”，产生的气体焦油量高，增加了后续过滤系统的压力。本发明通过焦油气燃烧喷嘴出口方向沿燃烧室切线方向布置，使得喷嘴喷出的高速气流在燃烧室内产生“涡流效应”，强化了燃烧强度和燃烧室内温度分布的均匀性，避免了现有下吸式气化反应器因温度场不均匀出现的“冷点”，同时燃烧室双锥体结构，由焦油燃烧喷嘴形成的高速“涡流”气体在触及燃烧室的锥面时被反射，从而在燃烧室的轴向形成旋转气流进一步强化了燃烧室温度场的均匀性，极大提高了反应器的产气效率和气体的品质，本发明产气品质高，烟气排放优于国家标准。
(5) 本发明通过监测燃烧室和还原室的压力、温度参数以及输入的物料的性质参数，通过特定的方程式来判断反应器内固相和气相的流动情况，并以此控制振动器的工作，从而保证物料反应充分产生高品质的可燃气。
附图说明
图1为本发明一种集成化下吸式生物质气化发电系统的主体示意图；
图2为图1的左视图；
图3为图1的俯视图；
图4为本发明一种集成化下吸式生物质气化发电系统的料斗与反应器耦合示意图；
图5为图4的左视图；
图6为图4的剖视图；
图7为本发明一种集成化下吸式生物质气化发电系统的焦油燃烧喷嘴布置示意图；
图8为本发明一种集成化下吸式生物质气化发电系统的振动器与渣筐耦合示意图；
图9为一种集成化下吸式生物质气化发电系统的焦油燃烧喷嘴示意图；
图10为一种集成化下吸式生物质气化发电系统的螺旋除渣器与刮渣器耦合示意图；
图11为一种集成化下吸式生物质气化发电系统的活性炭吸附器示意图；附图标记如下：
料斗1、反应器2、渣桶3、旋风除尘器4、空气预热器5、活性炭吸附器6、燃气风机7、火炬8、空气风机9、燃气发电机组10、排气筒11、爬梯12、底座13、螺旋输送器14、振动器15、螺旋除渣器16、干燥室17、裂解室18、燃烧室19、还原室20、渣筐21、刮渣器22、焦油气燃烧喷嘴23、空气盘管24、保温壳体25、灰桶26、活性炭27、海绵28、球阀29、填料压板30、空气管31、喷嘴32、油气管33。
具体实施方式
结合附图对本发明的具体实施方式做详细说明。
如图1、2、 3和4所示，一种集成化下吸式生物质气化发电系统，包括耦合成为一个整体的料斗1、反应器2、除尘装置4、空气预热器5、活性炭吸附器6、燃气风机7、火炬8、空气风机9、燃气发电机组10和底座13，所述料斗1包括干燥室17和输送装置14，所述干燥室17的器壁由两层壳体构成，在两层壳体之间构成一个夹套腔体，所述输送装置14将干燥室17内的物料输送至反应器2，所述反应器2的燃气出口与除尘装置4的燃气入口连接，所述除尘装置4的燃气出口与料斗干燥室17的燃气入口连接，所述空气预热器5的燃气入口与干燥室17的燃气出口连接，空气预热器5的燃气出口与活性炭吸附器6的燃气入口连接，空气预热器5的空气出口与反应器2的空气入口连接，所述活性炭吸附器6的燃气出口连接燃气风机7的进口，所述燃气风机7的出口连接燃气发电机组10和火炬8，所述空气风机9出口连接火炬8，上述设备集成到底座13上。上述系统设计紧凑，所占空间小，集成于底座上便于移动和运输，能够更好的适应各种生产环境，经济性高，同时通过对管路中燃气的运行路线进行设计，让除尘装置中的燃气通过干燥室，对干燥室内的生物质进颗粒进行干燥，降低生物质中的水分含量，同时提高生物质的温度，让生物质在反应器内更加高效的气化，产生更加环保的燃气，提高了整个系统的运行效率。
作为优选，干燥室17的夹套腔体内壁上开有多个小孔，流程中的干燥室内燃气与生物质颗粒直接接触，燃气中的焦油及粉尘被吸附下来，提高燃气的洁净度，同时对颗粒加热蒸干更充分。为了进一步提高燃气的洁净度，干燥室燃气出口设有过滤装置。
作为优选，沿着生物质颗粒的运动方向，所述小孔的孔径和/或数量逐渐增加。主要是沿着生物质颗粒的运动方向，通过小孔的孔径和/或数量逐渐增加，增加进入 干燥室内的燃气的量，从而使的沿着生物质颗粒的运动方向，换热能力不断的增加，形成类似逆流换热效果，从而提高换热能力。
作为优选，沿着生物质颗粒的运动方向，所述小孔的孔径和/或数量逐渐增加的幅度不断增加。主要是沿着生物质颗粒的运动方向，通过小孔的孔径和/或数量逐渐增加幅度变大，增加进入干燥室内的燃气的量的不断增加的数量越来越大，从而使的沿着生物质颗粒的运动方向，换热能力不断的增加的幅度变大，形成更加稳定的逆流换热效果，从而提高换热能力。上述技术特征是申请人通过大量的研究得到的，并不是本领域的公知常识，幅度增加能够实现提高10%左右的换热效果。
作为优选，干燥室的燃气进口和燃气出口设在与输送装置平行的侧壁上。
作为优选，输送装置为螺旋输送器14，该流程中的螺旋输送器14转动过程对生物质颗粒有扰动作用，提高了生物质颗粒与可燃气之间的换热效率。
如图5-8和10所示，集成化下吸式生物质气化发电系统中反应器2包括裂解室18、燃烧室19、还原室20、渣筐21、刮渣器22、振动器15、螺旋除渣器16、焦油气燃烧喷嘴23、空气盘管24、和保温壳体25。裂解室18、燃烧室19、还原室20为由上往下依次连接，裂解室18的入口连连接干燥室17的出口，裂解室18的出口连接燃烧室19的入口，燃烧室19的出口连接还原室20的入口。还原室20的出口插入到渣筐21中。渣筐21与从侧面插入的振动器15耦合在一起，螺旋除渣器16的转动为刮渣器22提供动力。该流程中的螺旋除渣器16与刮渣器22耦合到一起，螺旋除渣器16的转动为刮渣器22提供动力，一方面刮渣器与除渣器联动提高了排渣效率；另一方面降低了螺旋除渣器16与刮渣器22耦合到一起，降低了反应器的高度，使反应器更紧凑，外表面积更小，从而降低了反应器的散热损失。
作为优选，如图9所述燃气喷嘴包括空气管31、喷嘴32、油气管33。
作为优选，反应器保温壳体与反应器燃烧室之间的腔室里的空气盘管24为螺旋结构。通过该设计，在该空气盘管的作用下可燃气做湍流流动，加强了可燃气与空气盘管中空气的热交换，可燃气做湍流流动也加强了其夹带粉尘的沉降。
作为优选，裂解室18的器壁由两层壳体构成，在两层壳体之间形成一个夹套腔体，裂解室夹套腔体与发电机组的排烟口通过管路相连接，使产生的废气再次进行循环利用，降温后的烟气通过夹套腔体的排气筒11排放。
作为优选，上述的燃烧室19为双锥体结构，渣筐21上沿高于还原室20的出口，使得还原室20与渣筐21中炭颗粒流是连续的，在还原室20中未反应完全的气体进入渣筐中继续发生反应，相对于现有的下吸式气化反应器技术来说，延长了还原反应的流程，产气效率更高，产生可燃气的品质也更好。
作为优选，焦油气燃烧喷嘴23出口方向沿燃烧室19的切线方向；焦油燃烧喷嘴23沿燃烧室周向切线布置，使得喷嘴喷出的高速气流在燃烧室内产生“涡流效应”，强化了燃烧强度和燃烧室内温度分布的均匀性，避免了现有下吸式气化反应器因温度场不均匀出现的“冷点”。同时燃烧室19为双锥体结构，由焦油燃烧喷嘴23形成的高速“涡流”气体在触及燃烧室19的锥面时被反射，从而在燃烧室19的轴向形成旋转气流进一步强化了燃烧室19温度场的均匀性，极大提高了反应器的产气效率和气体的品质。
作为优选，所述焦油气燃烧喷嘴23为文丘里效应设计的燃烧喷嘴，在高速空气的推动下喷嘴中产生负压区将裂解室产生的焦油气快速的抽到燃烧室燃烧分解，避免了碳颗粒直接燃烧，极大的提高了可燃气的品质。而现有的下吸式气化反应器焦油气是随炭颗粒一起进入燃烧室，参与燃烧反应的多为炭颗粒。所以反应器产生可燃气中的焦油含量会较高。
作为优选所述焦油气燃烧喷嘴23为多个。
作为优选所述焦油气燃烧喷嘴23为奇数个，使得焦油气燃烧喷嘴23协同性更好，使得喷嘴喷出的高速气流在燃烧室内产生“涡流效应”效果更强。
作为优选，所述焦油气燃烧喷嘴23根据为5个。
作为优选，所述焦油气燃烧喷嘴23逆时针等距排裂在燃烧室上。
作为优选当反应器2压力超出设定范围时振动器15自动启动，振动器15推动渣筐21摆动，使得渣筐21中的细颗粒向下移动排出，从而使反应器2压力恢复到设定范围内，提高反应器2的产气效率。
作为优选反应器中振动器的控制：
通过监测燃烧室和还原室的压力、温度参数以及输入的物料的性质参数，通过特定的方程式来判断反应器内固相和气相的流动情况，并以此控制振动器的工作，从而保证物料反应充分产生高品质的可燃气，反应器内压力、温度以及物料性质参数如下：
Rratio=Pc/Pr*ed/m*(Tc-Tr)
该方程式中“/”代表除，“*”代表乘，“-”代表减；
Rratio—反应器反应完成度指示参数；
Pc—燃烧室压力，单位Pa；优选-5000≤Pc≤-500；
Pr—还原室压力，单位Pa；优选-5000≤Pr≤-500；
e—自然常数，取e=2.718；
d—物料平均粒径，单位m,优选0.01≤d≤0.04；
m—物料干基含水率，优选5%≤m≤30%；
Tc—燃烧室温度，单位℃; 优选900≤Tc≤1000；
Tr—还原室温度，单位℃; 优选800≤Tr≤900；
当Tc≥900℃时开始工作。
Rratio通过控制振动器产生如下动作：
（1）当20≤Rratio≤80时，振动器每5分钟连续振动30秒；
（2）当Rratio<20或Rratio>80时，振动器每5分钟连续振动3分钟。
作为优选，0.01≤d≤0.04；0.05≤m≤0.3；
作为优选，0.015≤d≤0.035；7%≤m≤27%。
作为优选，0.017≤d≤0.030； 10%≤m≤24%。
作为优选，0.02≤d≤0.03； 12%≤m≤18%。
Rratio=Pc/Pr*ed/m*(Tc-Tr)控制方程式中，Rratio只取数值。
以上振动器的控制方式是发明人独创的，通过多次试验验证总结的，是独创性的控制方式，通过该控制方式可以更加高效、节能的对生物质进行气化处理，生物质的气化效率更高，同时产生的燃气更加环保洁净，品质更好。
作为优选，螺旋除渣器16的末端连接有渣桶3，收集颗粒，作为活性炭吸附器6的填料。
作为优选，除尘装置选择旋风除尘器4。
作为优选旋风除尘器4还包括连接于其下部的用于储存粉尘的灰桶26。
作为优选，所述空气预热器是立式管壳式换热器，由上管箱、下管箱、壳体和管束四部分组成，壳体上设有空气进口和空气出口，上管箱设有燃气进口，下管箱设有燃气出口。料斗1流出的可燃气通过管路进入空气预热器5，在这个过程中与由空气预热器下部空气入口进入的空气间接进行热交换，可燃气被冷却至80—100℃，可燃气中水分和少量的焦油气被冷凝成液体留在空气预热器5中，可燃气由燃气出口流出，通过管路进入活性炭吸附器6，空气被加热到60—80℃，由空气出口流出进入反应器2，该流程中利用空气预热器回收燃气中的废热，提高了进入反应器的空气温度，提高了产气效率和品质，极大的提高了整个系统的热效率。
作为优选，如图9所述燃气喷嘴包括空气管31、喷嘴32、油气管33。
如图11所示，活性炭吸附器6与空气预热器5燃气出口通过管路相连接,，该活性炭吸附器6主体由两层筒体构成，两层壳体之间形成一个密封的腔室。外层筒体上设有燃气进口和排液口，燃气进口方向沿筒体的切线方向。内层筒体的底板由冲孔板制作而成，内层筒体内由下往上分成五层，由下往上第一至第三层是不同粒径的活性炭27，第四层是一层过滤海绵28，第五层是空腔，第四层与第五层设有填料压板30，该压板由冲孔板制作而成，活性炭吸附器6的顶部设有两个球阀29，球阀控制分别控制两个燃气出口。
燃气风机7、空气风机9、火炬8耦合在一个支架上。燃气风机7进口通过管路连接述活性炭吸附器6的燃气出口，燃气风机7出口连接燃气发电机组10和火炬8，燃气风机7出口设有释压阀，空气风机9进口设有逆止阀，出口连接火炬8，火炬8设有自动高能点火器。
以上实施例的优选方式可以自由组合，并非只限定与实施例本身。
上述集成化生物质气化发电系统的生物质气化发电方法，包括如下主要流程：
（1）秸秆颗粒、木片、粉碎的椰壳等生物质颗粒由人工或输送机械投入料斗1。在干燥室17内生物质颗粒与来自旋风除尘器4的可燃气体直接接触，生物质颗粒被加热去除部分水分，生物质颗粒由干燥室17内的螺旋输送器14送入反应器2，该流程中的用可燃气加热生物质颗粒，回收可燃气中的预热，提高了整个系统的热效率；干燥室17内燃气与生物质颗粒直接接触，燃气中的焦油及粉尘被吸附下来，提高燃气的洁净度。
（2）反应器2接收来自料斗干燥室17的生物质颗粒。生物质颗粒在反应器中流经裂解室18、燃烧室19、还原室20，依次发生裂解反应、氧化反应、还原反应。最后反应完成的炭颗粒进入还原室下方的渣筐21中，渣筐21中的炭颗粒在振动器15的作用下，通过渣筐21底板及侧壁上的孔及顶部敞口排出，排出的炭颗粒由渣筐21下方的刮渣器22收集后，通过螺旋除渣器16送到与反应器2相连接的渣桶3中，渣桶3中的颗粒要定期进行清理。
（3）生物质颗粒在反应器2的裂解室18的无氧气氛下被加热到350—400℃发生裂解反应，产生炭颗粒及焦油气，大部分焦油气在焦油燃烧喷嘴23的抽力作用下进入喷嘴与喷嘴中的空气混合燃烧，使得燃烧室19温度达到900—1000℃；炭颗粒在重力作用下进入燃烧室19，炭颗粒及焦油气在燃烧室19的高温作用下继续发生分解产生小分子可燃气；还原室20中的温度控制在800—900℃，由燃烧室19产生的CO2和H2O与残留的炭发生还原反应产生CO、H2及CH4等可燃气；反应完成的高温可燃气由渣筐21顶部敞口逸出。
（4）高温的可燃气由反应器2燃气出口进入旋风除尘器4，并沿切线方向在旋风分离器4内由上往下内发生高速的涡流旋转运动；在离心力的作用下可燃气中超过50%大于3μm的粉尘被分离出去；分离出的粉尘在重力作用下向下进入旋风分离器4底部的灰桶；洁净的气体向上运动出旋风分离器4；灰桶26需要定期清理。
（5）由旋风除尘器4流出的可燃气进入干燥室17的夹套腔体中，通过夹套腔体内层壳体上的均匀布置的小孔进入干燥室17；可燃气在干燥室17内与生物质颗粒直接接触，可燃气在干燥室17内约停留1—2S。可燃气与生物质颗粒发生热交换，生物质颗粒被加热至100—150℃，可燃气被冷却至200—250℃。可燃气在生物质颗粒间隙之间流动过程中，约30%大于3μm的粉尘被拦截下来，过滤过的可燃气由料斗下方的燃气出口流出，该流程中燃气中的废热被回收，提高了整个系统的热效率，同时被拦截下来的焦油及粉尘随生物质颗粒重新进入反应器2参与反应，提高了燃料的利用率。
（6）由料斗1流出的可燃气通过管路进入空气预热器5，在这个过程中与由空气预热器下部空气入口进入的空气间接进行热交换，可燃气被冷却至80—100℃，可燃气中水分和少量的焦油气被冷凝成液体留在空气预热器5中，可燃气由燃气出口流出，通过管路进入活性炭吸附器6，空气被加热到60—80℃，由空气出口流出进入反应器2。
该流程中利用空气预热器5回收燃气中的废热，提高了进入反应器2的空气温度，提高了产气效率和品质，极大的提高了整个系统的热效率。同时燃气中少量焦油及水分被冷凝下来，避免了可能对燃气发电机组10造成的损坏。
（7）可燃气由活性炭吸附器6上部的燃气入口沿切线方向进入，在活性炭吸附器6的两层壳体之间的密封腔体内向下做高速旋转运动，约10%大于3μm的粉尘及部分液滴在离心力的作用下被分离出来，可燃气通过活性炭吸附器6内筒底板的小孔进入放置在内筒中的活性炭间隙中，90%小于3μm的粉尘及微量的液滴被活性炭吸附，剩余的杂质被设置于活性炭层上部的过滤海绵吸附。经过多层过滤后，可燃气中的杂质含量降到10mg/Nm3。洁净的可燃气从活性炭吸附器顶部的燃气出口由管路通过燃气风机送入燃气发电机组产生电能。
该流程中活性炭吸附器6活性炭填料来自流程（2）的炭颗粒。使用过的活性炭填料按一定比例添加到生物质原料中去，重新进入反应器2参与反应。相比于现有的生物质气化发电系统，本系统实现无废渣排放。
（8）在系统启动初期，因为反应器2的温度不够高，产生的可燃气品质比较低，燃气风机7会把低品质的可燃气送入火炬8点燃。当反应器2温度超过600℃时，才可将可燃气送入燃气发电机组10，当燃气发电机组发生短暂的故障时，燃气风机也会把产生的可燃气送入火炬点燃排空，这两种情况空气风机都会启动为火炬助燃以使产生的燃气充分燃烧。
（9）燃气发电机组10排烟温度500—550℃。烟气通过管路进入反应器2裂解室18的夹套腔体内，与裂解室18内的生物质颗粒进行间接换热。将流程（4）裂解室18内的生物质颗粒被加热到350—400℃。
该流程回收燃气发电机组10排烟废热，极大的提高了整个系统的热效率。
（10）流程（2）产生的炭颗粒经筛分后填充到活性炭吸附器6中作为吸附用填料。
上述流程（3）中，燃烧室19、还原室20为微负压状态，压力控制在-5—-0.5KPa，温度控制在800—900℃。可燃气从渣筐21顶部敞口溢出时的温度为700—800℃。可燃气从渣筐21顶部逸出后在反应器2壳体与反应器燃烧室19之间的腔室里流动。该腔室内设有螺旋结构的空气盘管24，在该空气盘管24的作用下可燃气做湍流流动，加强了可燃气与空气盘管24中空气的热交换。可燃气做湍流流动也加强了其夹带粉尘的沉降。空气盘管24中的空气来自于流程（6）中的空气预热器6，其经过可燃气加热温度达到500—600℃。高温可燃气到达燃气出口时被冷却到300—400℃。裂解室18中的产生的焦油气与空气在焦油气燃烧喷嘴23中混合后一起喷出并燃烧。混合气体的喷出速度为25—50m/S。焦油气燃烧喷嘴23出口方向沿燃烧室19的切线方向。高速的混合气流在燃烧室19内形成漩涡流动，加强了燃烧的燃烧强度，使得燃烧室19的温度高达1000℃。
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不限于上述举例，本技术领域的普通技术人员，在本发明的实质范围内，所作出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种集成化下吸式生物质气化发电系统，包括集合成为一个整体的料斗、反应器、除尘装置、空气预热器、活性炭吸附器、燃气风机、火炬、空气风机燃气发电机组和底座，所述料斗包括干燥室和输送装置，所述干燥室的器壁由两层壳体构成，在两层壳体之间构成一个夹套腔体，所述输送装置将干燥室内的物料输送至反应器，所述反应器的燃气出口与除尘装置的燃气入口连接，其特征在于所述除尘装置的燃气出口与料斗的干燥室燃气入口连接，所述空气预热器的燃气入口与干燥室的燃气出口连接，空气预热器的燃气出口与活性炭吸附器的燃气入口连接，空气预热器的空气出口与反应器的空气入口连接，所述活性炭吸附器的燃气出口连接燃气风机的进口，所述燃气风机的出口连接燃气发电机组和火炬，所述空气风机出口连接火炬，上述设备集成到底座上。
2.根据权利要求1所述的一种集成化下吸式生物质气化发电系统，其特征在于反应器包括裂解室、燃烧室、还原室、渣筐、刮渣器、振动器、螺旋除渣器、空气盘管、多个焦油气燃烧喷嘴和保温壳体，所述裂解室、燃烧室、还原室为由上往下依次连接，裂解室的入口连连接干燥室的出口，裂解室的出口连接燃烧室的入口，燃烧室的出口连接还原室的入口，还原室的出口插入到渣筐中，渣筐与从侧面插入的振动器耦合在一起，刮渣器位于渣筐的下方与渣筐相连，并与从侧面插入的螺旋除渣器耦合在一起，述螺旋除渣器与刮渣器耦合在一起，除渣器的转动为刮渣器提供动力，所述反应器保温壳体与反应器燃烧室之间的腔室里设有空气盘管，空气盘管一端与空气预热器的空气出口连接，空气盘管另一端与焦油燃烧喷嘴相连接。
3.根据权利要求1或2所述的一种集成化下吸式生物质气化发电系统，其特征在于所述干燥室夹腔壳体的内壁上开有多个小孔与干燥室相通。
4.根据权利要求3所述的一种集成化下吸式生物质气化发电系统，其特征在于沿着生物质颗粒的运动方向，所述小孔的孔径和/或数量逐渐增加。
5.根据权利要求4所述的一种集成化下吸式生物质气化发电系统，其特征在于沿着生物质颗粒的运动方向，所述小孔的孔径和/或数量逐渐增加的幅度不断增加。
6.根据权利要求2所述的一种集成化下吸式生物质气化发电系统，其特征在于所述裂解室的器壁由两层壳体构成，在两层壳体之间形成一个夹套腔体，裂解室夹套腔体与发电机组的排烟口通过管路相连接。
7.根据权利要求2所述的一种集成化下吸式生物质气化发电系统，其特征在于燃烧室为双锥体结构，渣筐上沿高于还原室的出口。
8.根据权利要求2所述的一种集成化下吸式生物质气化发电系统，其特征在于所述焦油气燃烧喷嘴出口方向沿燃烧室的切线方向，所述焦油气燃烧喷嘴为奇数个，并且逆时针等距排裂在燃烧室上。
9.根据权利要求2所述的一种集成化下吸式生物质气化发电系统，其特征在当反应器压力超出设定范围时振动器自动启动，振动器推动渣筐摆动，使得渣筐中的细颗粒向下移动排出，从而使反应器压力恢复到设定范围内。
10.一种集成化下吸式生物质气化发电系统的生物质气化发电方法，其特征在于包括如下主要流程：
（1）秸秆颗粒、木片、粉碎的椰壳等生物质颗粒由人工或输送机械投入料斗，在干燥室内生物质颗粒与来自旋风除尘器的可燃气体直接接触，生物质颗粒被加热去除部分水分，生物质颗粒由干燥室内的螺旋输送器送入反应器；
（2）反应器接收来自料斗干燥室的生物质颗粒，生物质颗粒在反应器中流经裂解室、燃烧室、还原室，依次发生裂解反应、氧化反应、还原反应，最后反应完成的炭颗粒进入还原室下方的渣筐中，渣筐中的炭颗粒在振动器的作用下，通过渣筐底板及侧壁上的孔及顶部敞口排出，排出的炭颗粒由渣筐下方的刮渣器收集后，通过螺旋除渣器送到与反应器相连接的渣桶中，渣桶3中的颗粒要定期进行清理；
（3）生物质颗粒在反应器的裂解室的无氧气氛下被加热到350—400℃发生裂解反应，产生炭颗粒及焦油气，大部分焦油气在焦油燃烧喷嘴23的抽力作用下进入喷嘴与喷嘴中的空气混合燃烧，使得燃烧室19温度达到900—1000℃；炭颗粒在重力作用下进入燃烧室19，炭颗粒及焦油气在燃烧室19的高温作用下继续发生分解产生小分子可燃气；还原室20中的温度控制在800—900℃，由燃烧室19产生的CO2和H2O与残留的炭发生还原反应产生CO、H2及CH4等可燃气；反应完成的高温可燃气由渣筐21顶部敞口逸出；
（4）高温的可燃气由反应器燃气出口进入旋风除尘器，并沿切线方向在旋风分离器内由上往下内发生高速的涡流旋转运动；在离心力的作用下可燃气中超过50%大于3μm的粉尘被分离出去；分离出的粉尘在重力作用下向下进入旋风分离器底部的灰桶；洁净的气体向上运动出旋风分离器；灰桶2需要定期清理；
（5）由旋风除尘器4流出的可燃气进入干燥室的夹套腔体中，通过夹套腔体内层壳体上的均匀布置的小孔进入干燥室；可燃气在干燥室内与生物质颗粒直接接触，可燃气在干燥室内约停留1—2S，可燃气与生物质颗粒发生热交换，生物质颗粒被加热至100—150℃，可燃气被冷却至200—250℃，可燃气在生物质颗粒间隙之间流动过程中，约30%大于3μm的粉尘被拦截下来，过滤过的可燃气由料斗下方的燃气出口流出，该流程中燃气中的废热被回收，提高了整个系统的热效率，同时被拦截下来的焦油及粉尘随生物质颗粒重新进入反应器参与反应，提高了燃料的利用率；
（6）由料斗流出的可燃气通过管路进入空气预热器，可燃气由空气预热器的顶部燃气入口进入上管箱，在上管箱中燃气平均分配到多根换热管中，沿换热管向下流动进入下管箱，在这个过程中与由空气预热器壳体下部空气入口进入的空气间接进行热交换，可燃气被冷却至80—100℃，可燃气中水分和少量的焦油气被冷凝成液体留在下管箱30中，可燃气由下管箱30上部的燃气出口流出，通过管路进入活性炭吸附器6，空气被加热到60—80℃，由空气预热器壳体上部的空气出口流出进入反应器；
（7）可燃气由活性炭吸附器上部的燃气入口沿切线方向进入，在活性炭吸附器6的两层壳体之间的密封腔体内向下做高速旋转运动，约10%大于3μm的粉尘及部分液滴在离心力的作用下被分离出来，可燃气通过活性炭吸附器6内筒底板的小孔进入放置在内筒中的活性炭间隙中，90%小于3μm的粉尘及微量的液滴被活性炭吸附，剩余的杂质被设置于活性炭层上部的过滤海绵吸附，经过多层过滤后，可燃气中的杂质含量降到10mg/Nm3,洁净的可燃气从活性炭吸附器顶部的燃气出口由管路通过燃气风机送入燃气发电机组产生电能；该流程中活性炭吸附器6活性炭填料来自流程（2）的炭颗粒,使用过的活性炭填料按一定比例添加到生物质原料中去，重新进入反应器2参与反应；
（8）在系统启动初期，因为反应器的温度不够高，产生的可燃气品质比较低，燃气风机会把低品质的可燃气送入火炬8点燃，当反应器温度超过600℃时，才可将可燃气送入燃气发电机组10，当燃气发电机组发生短暂的故障时，燃气风机也会把产生的可燃气送入火炬点燃排空，这两种情况空气风机都会启动为火炬助燃以使产生的燃气充分燃烧；
（9）燃气发电机组排烟温度500—550℃，烟气通过管路进入反应器裂解室的夹套腔体内，与裂解室内的生物质颗粒进行间接换热，将流程（4）裂解室内的生物质颗粒被加热到350—400℃；
（10）流程（2）产生的炭颗粒经筛分后填充到活性炭吸附器中作为吸附用填料；上述流程（3）中，燃烧室、还原室为微负压状态，压力控制在-5—-0.5KPa，温度控制在800—900℃，可燃气从渣筐顶部敞口溢出时的温度为700—800℃，可燃气从渣筐顶部逸出后在反应器壳体与反应器燃烧室之间的腔室里流动，该腔室内设有螺旋结构的空气盘管，在该空气盘管的作用下可燃气做湍流流动，加强了可燃气与空气盘管中空气的热交换，可燃气做湍流流动也加强了其夹带粉尘的沉降，空气盘管中的空气来自于流程（6）中的空气预热器，其经过可燃气加热温度达到500—600℃，高温可燃气到达燃气出口时被冷却到300—400℃，裂解室中的产生的焦油气与空气在焦油气燃烧喷嘴中混合后一起喷出并燃烧，混合气体的喷出速度为25—50m/S，焦油气燃烧喷嘴出口方向沿燃烧室的切线方向，高速的混合气流在燃烧室内形成漩涡流动，加强了燃烧的燃烧强度，使得燃烧室19的温度高达1000℃。
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